O que é a Luz?
Saiba um pouco da história de como a ciência construiu o conceito de luz.
FÍSICA MODERNA
INTRODUÇÃO
O desenvolvimento das ideias, as evidências experimentais e o trabalho contínuo e constante de homens e mulheres fazem das ciências da natureza um assunto a ser explorado e apreciado. Como nascem as ideias? De que forma elas são elaboradas e reelaboradas? Como as experiências podem contribuir para o desenvolvimento das ideias? De que forma são desenvolvidas as aplicações tecnológicas? Como os cientistas colaboram ou competem entre si? É um mundo fantástico em que vale a pena mergulhar e que se deve entender melhor. Convido você, estudante, a entrar “de cabeça” nessa história para poder compreender melhor o que existe de mais novo na ciência dos tempos modernos.
O QUE É A LUZ?
As ideias sobre a natureza da luz vêm sendo discutidas desde a Grécia antiga, onde eram feitas uma série de especulações pelos filósofos dessa época sobre o que é a luz. Nossa história começa, entretanto, no início do Século XVIII, com dois ilustres personagens: Newton e Huygens
NEWTON E O MODELO CORPUSCULAR DA LUZ
Newton se mostrou um grande gênio, um homem de grande capacidade de síntese e, como sabemos, se apoiando nos trabalhos de seus antecessores, principalmente Galileu, desenvolveu, de forma indiscutível, toda a mecânica terrestre e universal. Ele conseguiu explicar todos os movimentos dos corpos na Terra e do universo ao enunciar três leis simples, juntamente com a teoria da Gravitação Universal. Ao contrário do que muitos acreditam, as ideias de Newton não foram aceitas pelo meio científico logo que foram lançadas, mas demorou algum tempo para que fossem absorvidas pelos cientistas de sua época. A maior crítica feita à teoria de Newton se dirigia ao fato de ele atribuir forças gravitacionais de ação à distância (consideradas ocultas) para explicar o movimento dos planetas do sistema solar.
Mas Newton não parou aí. Ele trabalhou também com ótica, e foi o primeiro cientista a explicar o fenômeno da dispersão da luz, produzindo esse efeito a partir de prismas. É um belo fenômeno que observamos sempre que vemos um arco-íris. Em 1704, Newton escreveu um tratado sobre ótica, apresentando uma teoria sobre a natureza da luz e sobre as cores dos corpos. Segundo Newton, a luz era constituída de pequenas partículas, pequenas esferas emitidas por uma fonte. A partir desse modelo, conhecido como modelo corpuscular, Newton explicava bem os fenômenos da reflexão e refração da luz, já conhecidos na época. A reflexão se baseava em colisões elásticas entre essas partículas e a superfície de reflexão, como bolas de sinuca refletindo nas tabelas da mesa. A refração da luz, fenômeno em que ocorre mudança no módulo da velocidade e direção de propagação da luz, quando ela muda de meio, tinha uma explicação mais complexa. Segundo Newton, a refração ocorria porque as partículas de luz, ao atingirem a superfície de separação entre dois meios, eram submetidas a forças que seriam responsáveis pelo fenômeno da refração. Fez, inclusive, uma previsão teórica de que todas as vezes que um raio de luz se aproximasse da normal, ao mudar de meio, deveria ocorrer um aumento na velocidade de propagação dos corpúsculos constituintes. Previsão impossível de ser comprovada na época, pois não havia ainda instrumentos para medir com precisão a velocidade da luz
O MODELO ONDULATÓRIO DA LUZ
Nesse mesmo período, Christian Huygens, astrônomo, matemático e físico, de família holandesa, desenvolveu uma teoria diferente para a luz. Segundo Huygens, a luz era uma onda. Nessa época, o estudo das ondas mecânicas já estava evoluído, e os cientistas conheciam os principais fenômenos relativos às ondas: reflexão, refração, difração e interferência. Imaginando que a luz era uma onda, como as ondas mecânicas conhecidas na época, Huygens conseguia explicar igualmente bem os fenômenos da reflexão e da refração da luz. A difração e a interferência da luz não haviam, ainda, sido observadas. Entretanto, ao contrário da teoria corpuscular da luz, Huygens previu que quando um raio de luz, ao mudar de meio de propagação, se aproxima da normal, deverá ocorrer uma diminuição em sua velocidade de propagação.
Assim, as duas teorias sobre a natureza da luz eram igualmente válidas, sendo difícil optar por uma delas. Por outro lado, sendo Newton um cientista de renome, havia uma tendência da comunidade científica em adotar a teoria corpuscular da luz.
SERIA O UNIVERSO PREENCHIDO PELO ÉTER?
Esse debate começou a ter fim no início do século XIX, quando Young, físico inglês, observou pela primeira vez a interferência com a luz. Ele descobriu uma forma prática de obter a interferência, e sua experiência ficou conhecida como a Experiência de Young. Eram fantásticas a superposição de dois raios de luz e a observação das franjas de interferência oriundas da experiência. Young conseguiu pontos escuros a partir dessa superposição. Estava provado que a amplitude de duas ondas luminosas poderia ser somada, obtendo-se amplitude zero (escuro), quando, num ponto, encontrassem a crista de uma onda com o vale da outra. Em 1862, foi possível medir a velocidade da luz na água. O resultado encontrado estava de acordo com a teoria ondulatória da luz, ou seja, ela apresentava uma velocidade menor que a do ar.
Com esses dois acontecimentos, a teoria corpuscular da luz não poderia mais vigorar, já que a interferência era um fenômeno estritamente ondulatório e a refração da luz ao passar do ar para a água apresentava uma aproximação da normal. Dessa forma, a teoria de Newton sobre a natureza da luz teve que ser abandonada, pois os resultados experimentais estavam em desacordo.
A luz passou a ser concebida como uma onda. Mas havia um pequeno problema, ou melhor, um grande problema: as ondas mecânicas necessitavam de um meio material para se propagar. Por exemplo: o som se propaga no ar, na água, ou num meio sólido qualquer, menos no vácuo. Entretanto, já se sabia que a luz era capaz de se propagar no vácuo. Como resolver a questão? A luz é uma onda diferente, ou o universo seria envolvido por um meio material no qual a luz se propagava?
Os cientistas debruçaram-se durante anos sobre a segunda hipótese. Chegaram a nomear o meio material que envolvia o universo de Éter e estiveram sempre na busca de detecta-lo. Várias experiências foram realizadas nesse sentido, mas os resultados nunca eram positivos. Entre 1881 e 1887, as experiências de Michelson e Morley jogaram por terra definitivamente a ideia do Éter, pois os resultados eram contundentes: o éter não poderia realmente existir.
Se o Éter não poderia existir, então o que seria a luz? Como a ciência saiu dessa “sinuca”?
A história continua no próximo post...
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